摘要：去年九月，国家发展改革委员会与中国民航局携手举行了可持续航空燃料（下简称SAF）应用试点的启动仪式，这标志着我国民航业将向更环保、更低碳的方向迈进。自2024年9月19日起，国航、东航、南航分别从北京大兴、成都双流、郑州新郑、宁波栎社机场起飞的12个航班将正式

前言

去年九月，国家发展改革委员会与中国民航局携手举行了可持续航空燃料（下简称SAF）应用试点的启动仪式，这标志着我国民航业将向更环保、更低碳的方向迈进。自2024年9月19日起，国航、东航、南航分别从北京大兴、成都双流、郑州新郑、宁波栎社机场起飞的12个航班将正式加注SAF。中国的这一重大举措再一次让大众的视线聚焦在航空业未来的可持续发展上。

与传统航空燃料相比，SAF最高可减少80-85%的碳排放量。作为交通行业实现“双碳”目标的关键领域之一，航空业受到越来越多的关注。相较其他行业，航空业的减排方案和减排路径较为有限，减排难度大，被称为“难减排”领域之一。而SAF由于具备热值较高、零排放特点的同时，使用SAF无需对现有基础设施、飞机发动机和运行管理体系进行大规模改造，从而显著降低了减排成本。因此，为航空业减排带来了新的可能和前景。

当前，世界各国已有企业在SAF相关产业链进行布局，在业界看来，我国SAF产业具备较好的发展基础和资源条件，若能充分利用，我国则具备巨大的SAF生产潜力，有能力成为未来世界上最大的SAF供给国。据预计到2030年,中国SAF需求量将达到300万吨/年。但目前，国内SAF供需市场仍处于十分初级的阶段，技术路线、商业化也参差不齐。本文将分析目前SAF行业中可行的技术路线和方向，得出对我国未来SAF发展趋势的相关启示。

现阶段SAF技术路线

现阶段SAF的制备路线可分为醇制航煤(Alcohols-to-jet, ATJ) 、油制航煤 (Oil-to-jet, OTJ)、气制航煤 (Gas-to-jet, GTJ) 以及糖制航煤 (Sugar-to-jet, STJ)及动力合成燃料技术（Power-to-Liquid，PTL）。

I. 醇制航煤 (ATJ)

ATJ技术涉及两个主要步骤：醇的生产和醇的转化。醇通常通过糖的生物发酵、淀粉水解发酵或木质纤维素转化而得。第二步是将醇转化为长链碳氢化合物，包括醇脱水、烯烃低聚、中间馏分加氢和最后的精馏制航煤。工业上常使用乙醇、丁醇和异丁醇作为中间产物将生物质转化成燃料。

在醇脱水生成烯烃的步骤中，需要考虑催化剂的耐水性。对于低聚过程，可以使用均相或非均相催化剂。常用的催化剂有Al2O3、过渡金属氧化物、沸石催化剂和杂多酸催化剂。乙醇脱水制备乙烯是一种成熟的工艺，而丁醇脱水虽然不如乙醇脱水成熟，但所需温度和压力较低。不同醇低聚制备的航煤略有不同。丁醇脱水低聚会得到C8、C12、C16等化合物，而乙烯低聚得到的化合物范围更广泛。低聚得到的烯烃通过加氢得到饱和烷烃，然后通过蒸馏得到最终的航煤。

II. 油制航煤 (OTJ)

OTJ（Oil-to-Jet）技术常用的原料包括植物油、餐饮废油、藻油和热解油等。油制航煤技术的主要路径包括酯和脂肪酸加氢（HEFA）、催化水热解（CHJ）以及热解等。

HEFA（酯和脂肪酸加氢）是一种对植物油、餐饮废油和动物脂肪中的甘油三酯、饱和及不饱和脂肪酸进行加氢处理的过程。HEFA生产的主要产品是生物柴油，而生物航煤约占总产品的15%。HEFA制备的航煤具有高热稳定性、良好的冷流性、高十六烷值和低尾气排放等优点。然而，芳烃含量较低可能导致燃油低润滑性和燃油泄漏问题。

催化水热解 (CHJ)以藻类或油料作物为原料，通过对脂肪酸酯和脂肪酸进行水热处理，将其转化为含有芳烃的合成煤油。相较于HEFA，CHJ的一个优势是降低了约25%的氢消耗量，且得到的生物航煤不仅含有链烷烃，还包括环烷烃和芳烃，更类似于传统的喷气燃料，具有优异的燃烧性能、低冰点和稳定性，不仅符合ASTM的标准，还符合军队MTL标准。

III. 气制航煤 (GTJ)

GTJ 是指将沼气、天然气或合成气转化成生物航煤。最主要的 GTJ 方法有费托法(Fischer-Tropsch process, FT) 和气体发酵法。

费托合成（FT）技术是一种通过合成气生产液体碳氢燃料的过程。FT技术通过对原料的气化和合成反应，生成了燃料通常不含硫、氮，具有高热稳定性的液体燃料。一般情况下，费托合成的转化率约为10%–15%。碳排放方面，利用费托合成生产的可持续航煤的温室气体排放约为5.3–28.5克二氧化碳/兆焦耳，相当于能够实现航空燃料全生命周期67%-94%的碳减排。然而，由于芳烃含量相对较低，导致能量密度相对较低，因此在生产过程中需要进行进一步的改进和优化。

气体发酵工艺是一种利用微生物将合成气转化成醇类，然后通过ATJ工艺制备生物燃料的方法。这一过程可以通过将木质纤维素等生物质气化为合成气，再利用合成气发酵产生乙醇或丁醇。之后通过ATJ技术将这些醇类转化为生物航煤。

其优势包括对原料选择更为灵活、处理各种污染物能力强、产率高、运营成本低等特点。此外，通过木质纤维素发酵产生的沼气也可以通过甲烷氧化菌转化成生物航煤。这一方法相对于传统的生化或热化学途径更具潜力。

IV. 糖制航煤 (STJ)

与ATJ将糖发酵成乙醇，再将乙醇转化成航煤不同，糖类可通过厌氧发酵直接生成烷烃类燃料。这个过程被称为直接糖制碳氢化合物（DSHC）或直接发酵糖制航煤（DFSTJ）。除了这种生化途径，糖也可以通过热化学方法转化为喷气燃料，例如水相重整（APR）。

DSHC工艺包括预处理和调节、酶水解、水解物澄清、生物转化、产品纯化和加氢处理六个主要步骤。原料类似于生物乙醇，包括甘蔗、甜菜、玉米以及经过预处理的木质纤维素生物质。发酵过程可以是厌氧的或好氧的，产物取决于原材料、发酵过程和微生物的种类。

水相重整（APR）是一种将可溶性植物糖转化为醇、酮、醛、酸、呋喃等中间体，然后进一步将这些中间体转化为航煤的技术。该过程包括木质纤维素生物质的预处理和酶水解，得到C5和C6糖。水溶性糖被纯化并浓缩，不能转化成可溶性糖的固体和杂质被移除，提高了反应的转化效率。纯化的水解物通过加氢转化成多元醇或氢解成短链含氧化合物，然后进行水相重整。最终，产物通过分馏得到喷气燃料。未转化的固体、木质纤维素和APR过程中产生的轻质烷烃会被送到燃烧室提供热能。

V. 动力合成燃料技术 (PTL)

PTL技术将CO2、水和可再生能源结合起来生产SAF，其特性与化石喷气燃料相似。构成该途径的三个主要步骤是CO2捕获、氢气生产（通常来自水电解）以及碳氢化合物合成和调节过程。碳氢化合物合成可以通过两种不同的途径进行：费托（FT）合成，或甲醇合成喷气燃料；然而，FT工艺的性能优于甲醇途径，因为含有50%FT来源的SAF和50%常规喷气燃料的混合物已通过ASTM认证，无需改装即可投入使用。

总结

上述技术路线中，HEFA是目前唯一实现商业化的成熟路线，是各国目前采用最多的工艺路线，也是我国目前最具有商业可行性的生产路线。但由于HEFA技术面临原料短缺的问题、且脱碳减排属性并不如ATJ和G+FT等路线，未来将逐渐被ATJ、FT、PTL合成等路线取代。

因此，长期来讲，有三种具备发展潜力的技术路线，分别是气化-费托合成（G+FT）、醇制航煤（ATJ）以及动力合成燃料 (PTL) 技术。

据落基山研究所统计：气化-费托合成方面，截至2023年8月，全球已宣布的费托合成计划产能已达136万吨，多集中在北美和英国，亚洲仅有一家北美初创公司WasteFuel计划在菲律宾建厂。其中，北美的Fulcrum Bioenergy已正式投入商业化运营，加拿大的Enerkem公司也正在建设，预计2023年投产。

醇制航煤方面，截至2023年8月，全球已宣布的的计划产能约96万吨/年。其中仅美国的Gevo的小规模示范性项目已投产，另有一家美国企业LanzaJet仍在建设中，预计2023年投产。除了欧美外，亚洲仅有一家日本企业宣布将使用醇制油技术生产SAF。

动力合成燃料方面，以当前各国的技术发展水平来看，合成燃料距离大规模应用还很遥远。合成燃料目前的问题主要体现在生产环节较多、工艺效率有限、以及各环节技术成熟度参差不齐等三个方面，使得合成燃料的整体生产成本偏高。尽管近年来光伏、风电和电解槽等关键技术和设备已经实现了大幅降本，但合成燃料的价格仍然与传统燃料相距甚远。

对中国的启示

目前，我国餐饮废弃油的潜在供应量超过1300万吨/年，虽说HEFA是我国现阶段最主要采取的制备技术，但存在出口需求大、来源分散、收集和运输成本高等挑战，长期来说，持续走HEFA路线也并不现实。而在G+FT和ATJ方面，目前我国尚不具备优势，缺乏技术储备和研发基础；PTL则正处于研发阶段。但我国已经加快推动绿氢产业规模化发展，长期来看，PTL加速商业化和规模化应用的前景广阔。

近两年，PTL方面大作频出：国家电投已于2023年7月在新疆塔城开始建设年产1万吨的合成燃料可持续航煤示范项目。2023年12月10日，齐齐哈尔百万吨级氢基绿色能源基地暨万吨级绿色航煤示范项目在讷河市拉哈生物技术与化学制药产业园启动，项目总投资420亿元，占地面积162.9公顷，规划建设350万千瓦离网风电，配套16.4万吨/年制氢系统，可实现年产40万吨绿色航煤和40万吨绿色甲醇。

据上所述，结合当下现状，中国仅在HEFA工艺和FT合成技术路线上有一定积累，减排潜力较大的ATJ路线和PtL路线中国企业均没有专利布局。而美国作为当今SAF消费和生产最大的国家，在各个技术路线分支上专利申请量均最多，具有优势和主导地位。对于我们国家来说，要实现既定目标，首先需要制定SAF应用的长期规划，把符合中国国情的SAF制备工艺路线确定为我国中长期发展路线并给予大力扶持，加大相关改进和替代路线的小试、中试及产业化研究投入，才能实现弯道超车，助力我国自主标准制定，突破国际标准的制约，推动产业化落地。其次，我们还需要打通SAF的创新链、产业链和资金链，整合创新资源，大力推进“产学研”一体化的技术创新与激励机制，才能加快SAF技术应用、降低成本和推进商业化进程，这样才能实现长远期成为世界上最大的SAF生产和供给国的远大目标。

参考文献：

生物质能观察：《可持续航空燃料制备路线与进展》

田利军、刘鑫：《美国可持续航空燃料发展经验》

民航资源网：《民航业的绿色征程·可持续航空燃料》

来源：中国国际石油化工大会